Hur man monterar en högspänningsgenerator med låg ström. Högspänningsgenerator. HV-generatortestning

Informationen tillhandahålls endast i utbildningssyfte!
Webbplatsadministratören ansvarar inte för eventuella konsekvenser av att använda den information som tillhandahålls.

Min generator högspänning (H.V.) Jag använder i många av mina projekt ( , ):

Element -
1 - switch
2 - varistor
3 - E/m störningsdämpande kondensator
4 - nedtrappningstransformator från UPS
5 - likriktare (Schottky-dioder) på radiatorn
6 - utjämnande filterkondensatorer
7 - spänningsstabilisator 10 V
8 - rektangulär pulsgenerator med arbetscykel justerbar med variabelt motstånd

10 - IRF540 MOSFETs parallellkopplade, monterade på en radiator
11 - högspänningsspole på en ferritkärna från en monitor
12 - högspänningsutgång
13 - ljusbåge

Källkretsen är ganska standard, baserad på flyback-omvandlarkretsen ( flyga tillbaka omvandlare):

Ingångskretsar

Varistor tjänar till överspänningsskydd:

S- diskvaristor
10 - skiva diameter 10 mm
K- fel 10%
275 - max. AC spänning 275 V

Kondensator C minskar störningar som genereras av generatorn i strömförsörjningsnätverket. Den används som en störningsdämpningskondensator X typ.

Konstant spänningskälla

Transformator - från en avbrottsfri strömförsörjning:

Transformator primärlindning Tr ansluten till nätspänning 220 V, och sekundären till en brygglikriktare VD1.

Det effektiva spänningsvärdet vid utgången av sekundärlindningen är 16 V.

Likriktaren är sammansatt av tre lådor med dubbla Schottky-dioder monterade på en radiator - SBL2040CT, SBL1040CT:

SBL 2040 C.T.- max. medellikriktad ström 20 A, max. topp backspänning 40 V, max. effektiv backspänning 28 V
parallellkopplad:
SBL 1040 C.T.- max. medellikriktad ström 10 A, max. topp backspänning 40 V, max. effektiv backspänning 28 V
SBL 1640 - max. medellikriktad ström 16 A, max. topp backspänning 40 V, max. effektiv backspänning 28 V

Den pulserande spänningen vid likriktarutgången jämnas ut av filterkondensatorer: elektrolytisk CapXon C1, C2 med en kapacitet på 10 000 µF för en spänning på 50 V och keramik C3 med en kapacitet på 150 nF. Därefter tillförs en konstant spänning (20,5 V) till nyckeln och till en spänningsstabilisator, vars utgång är en spänning på 10 V, som tjänar till att driva pulsgeneratorn.

Spänningsstabilisator monterad på en mikrokrets IL317:

Strypa L och kondensator C tjänar till att jämna ut spänningsrippel.
Ljusdiod VD3 ansluten genom ett ballastmotstånd R4, tjänar till att indikera närvaron av spänning vid utgången.
Variabelt motstånd R2 tjänar till att justera utspänningsnivån (10 V).

Pulsgenerator

Generatorn är monterad på en timer NE555 och producerar rektangulära pulser. En speciell egenskap hos denna generator är förmågan att ändra arbetscykeln för pulser med hjälp av variabelt motstånd R3 utan att ändra deras frekvenser. Från pulsernas arbetscykel, dvs. Spänningsnivån på transformatorns sekundärlindning beror på förhållandet mellan varaktigheten av på- och avstängningslägena.

Ra = R1+ övre delen R3
Rb= nedre delen R3 + R2
varaktighet "1" $T1 = 0,67 \cdot Ra \cdot C$
varaktighet "0" $T2 = 0,67 \cdot Rb \cdot C$
period $T = T1 + T2$
frekvens $f = (1,49 \över ((Ra + Rb)) \cdot C)$

När du flyttar skjutreglaget för variabelt motstånd R3 totalt motstånd Ra + Rb = R1 + R2 + R3 förändras inte, därför ändras inte pulsrepetitionsfrekvensen, utan endast förhållandet mellan Ra Och Rb och följaktligen ändras arbetscykeln för pulserna.

Nyckel och
Pulser från generatorn styrs genom föraren med en tangent på två parallellkopplade -ah ( - metall-oxid-halvledarfälteffekttransistor, MOS-transistor ("metall-oxid-halvledare"), MOS-transistor ("metall-isolator-halvledare"), fälteffekttransistor med isolerad gate) IRF540N i fallet TO-220, monterad på en massiv kylare:

G- slutare
D- lager
S- källa
För transistor IRF540N Den maximala dränerings-till-källa-spänningen är VDS = 100 volt och den maximala dräneringsströmmen Jag D = 33/110 ampere. Denna transistor har lågt på-motstånd RDS(på) = 44 milliohm. Transistorns öppningsspänning är V GS(th) = 4 volt. Drifttemperatur - upp till 175° C .
Transistorer kan också användas IRFP250N i fallet TO-247.

Föraren behövs för mer tillförlitlig kontroll -transistorer. I det enklaste fallet kan den monteras från två transistorer ( n-p-n Och p-n-p):

Motstånd R1 begränsar grindströmmen när den slås på -ah, och en diod VD1 skapar en väg för gatekapacitansen att ladda ur när den stängs av.

Stänger/öppnar kretsen för primärlindningen i en högspänningstransformator, som används som en horisontell avsökningstransformator ("linjär" tillbakagångstransformator (FBT)) från en gammal bildskärm Samsung SyncMaster 3Ne:

Kopplingsschemat för monitorn visar högspänningsutgången H.V. linjetransformator T402 (FCO-14AG-42), ansluten till kineskopets anod CRT1:


Från transformatorn använde jag bara kärnan, eftersom linjetransformatorn har inbyggda dioder som är fyllda med harts och inte går att ta bort.
Kärnan i en sådan transformator är gjord av ferrit och består av två halvor:

För att förhindra mättnad i kärnan med hjälp av en plastdistans ( mellanlägg) skapas ett luftgap.
Jag lindade sekundärlindningen med ett stort antal (~ 500) varv av tunn tråd (motstånd ~ 34 Ohm), och primärlindningen med en tjock tråd med ett litet antal varv.

Plötsliga förändringar i strömmen i transformatorns primärlindning när den är avstängd -a inducerar högspänningspulser i sekundärlindningen. Detta förbrukar magnetfältsenergin som ackumuleras när strömmen i primärlindningen ökar. Sekundärlindningsledarna kan antingen vara anslutna till elektroder för att producera en elektrisk ljusbåge, till exempel, eller kopplas till en likriktare för att producera en hög DC-spänning.

Diod VD1 och motstånd R(snubb (snubber) kedja) begränsa självinduktionsspänningspulsen på transformatorns primärlindning när omkopplaren öppnas.

Högspänningsgeneratorsimulering
Resultat av modelleringsprocesser i en högspänningsgenerator i programmet LTspice presenteras nedan:

Den första grafen visar hur strömmen i primärlindningen ökar enligt den exponentiella lagen (1-2), för att sedan abrupt stanna i samma ögonblick som omkopplaren öppnas (2).
Spänningen på sekundärlindningen reagerar något på den jämna ökningen av strömmen i primärlindningen (1), men ökar kraftigt när strömmen bryts (2). Under intervallet (2-3) finns det ingen ström i primärlindningen (nyckeln är avstängd), och sedan börjar den öka igen (3).

Kraftfull högspänningsgenerator (Kirlian-apparat), 220/40000 volt

Generatorn producerar spänningar upp till 40 000 V och ännu högre, som kan appliceras på elektroderna som beskrivits i tidigare projekt.

Det kan vara nödvändigt att använda en tjockare glas- eller plastplatta i elektroden för att undvika allvarliga elektriska stötar. Även om kretsen är kraftfull är dess utström låg, vilket minskar risken för dödlig stöt om den kommer i kontakt med någon del av enheten.

Du bör dock vara extremt försiktig när du hanterar den, eftersom risken för elektriska stötar inte kan uteslutas.

Uppmärksamhet! Höga spänningar är farliga. Var extremt försiktig när du arbetar med denna krets. Det är lämpligt att ha erfarenhet av sådana enheter.

Du kan använda generatorn i experiment med Kirlian-fotografering (elektrofotografi) och andra paranormala experiment, till exempel de som involverar plasma eller jonisering.

Kretsen använder konventionella komponenter och har en uteffekt på cirka 20 W.

Nedan följer några egenskaper hos enheten:

• strömförsörjningsspänning - 117 V eller 220/240 V (växelström);
• utspänning - upp till 40 kV (beroende på högspänningstransformatorn);
• uteffekt - från 5 till 25 W (beroende på de komponenter som används);
• antal transistorer - 1;
• driftsfrekvens - från 2 till 15 kHz.

Funktionsprincip

Diagrammet som visas i fig. 2.63, består av en enkeltransistorgenerator, vars driftsfrekvens bestäms av kondensatorerna C3 och C4 och induktansen hos högspänningstransformatorns primärlindning.

Ris. 2.63 Kirlian-apparat

Projektet använder en npn-transistor av kisel med hög effekt. För att ta bort värme bör den monteras på en tillräckligt stor radiator.

Motstånden R1 och R2 bestämmer uteffekt, inställning av transistorströmmen. Dess arbetspunkt ställs in av motståndet R3. Beroende på transistorns egenskaper är det nödvändigt att experimentellt välja värdet på motståndet R3 (det bör vara i intervallet 270 ... 470 Ohm).

Den horisontella utgångstransformatorn på TV:n (horisontell transformator) med en ferritkärna används som en högspänningstransformator, vilket också bestämmer driftsfrekvensen. Primärlindningen består av 20...40 varv av vanlig isolerad tråd. En mycket hög spänning genereras på sekundärlindningen, som du kommer att använda i experiment.

Strömförsörjningen är mycket enkel, det är en helvågslikriktare med en nedtrappningstransformator. Det rekommenderas att använda en transformator med sekundärlindningar som ger spänningar på 20...25 V och strömmar på 3...5 A.

hopsättning

Listan över element ges i tabell. 2.13. Eftersom monteringskraven inte är särskilt strikta, i fig. Figur 2.64 visar installationsmetoden med ett monteringsblock. Den innehåller små delar, såsom motstånd och kondensatorer, sammankopplade med gångjärn.

Tabell 2.13. Lista över element

Stora delar, till exempel en transformator, skruvas direkt på huset.

Det är bättre att göra kroppen i plast eller trä.

Ris. 2,64. Enhetsinstallation

Högspänningstransformatorn kan tas bort från en icke-fungerande svart-vit eller färg-TV. Om möjligt, använd en TV med en diagonal på 21 tum eller större: ju större kinescope, desto högre spänning bör TV:ns linjetransformator generera.

Motstånd R1 och R2 - trådlindad C1 - vilken kondensator som helst med ett nominellt värde på 1500...4700 µF.

HV-blockerande generator (högspänningsströmförsörjning) för experiment - du kan köpa den på Internet eller göra den själv. För att göra detta behöver vi inte särskilt många delar och förmågan att arbeta med en lödkolv.

För att montera den behöver du:

1. Linjeavsökningstransformator TVS-110L, TVS-110PTs15 från rör svartvitt och färg-TV (valfri linjeskanner)

2. 1 eller 2 kondensatorer 16-50V - 2000-2200pF

3. 2 motstånd 27 Ohm och 270-240 Ohm

4. 1-Transistor 2T808A KT808 KT808A eller liknande egenskaper. + bra kylare för kylning

5. Ledningar

6. Lödkolv

7. Raka armar

Och så tar vi fodret, demonterar det försiktigt, lämnar den sekundära högspänningslindningen, bestående av många varv av tunn tråd, en ferritkärna. Vi lindar våra lindningar med emaljerad koppartråd på den andra fria sidan av feritkärnan, efter att tidigare ha gjort ett rör runt feriten från tjock kartong.

Först: 5 varv ca 1,5-1,7 mm i diameter

För det andra: 3 varv cirka 1,1 mm i diameter

I allmänhet kan tjockleken och antalet varv variera. Jag gjorde det som fanns till hands.

I garderoben hittade de motstånd och ett par kraftfulla bipolära n-p-n transistorer- KT808a och 2t808a. Han ville inte göra en radiator - på grund av transistorns stora storlek, även om senare erfarenhet visade att en stor radiator definitivt behövs.

För att driva allt detta valde jag en 12V transformator, den kan även drivas från ett vanligt 12 volt 7A batteri. från en UPS (för att öka utspänningen kan du inte leverera 12 volt utan till exempel 40 volt, men här måste du redan tänka på bra kylning av trancen, och varven på primärlindningen kan göras inte 5 -3 men 7-5 till exempel).

Om du ska använda en transformator så behöver du en diodbrygga för att likrikta strömmen från AC till DC, diodbryggan finns i strömförsörjningen från datorn, du kan även hitta kondensatorer och motstånd + ledningar där.

Som ett resultat får vi 9-10 kV uteffekt.

Jag placerade hela strukturen i PSU-huset. Det visade sig vara ganska kompakt.

Så vi har en HV Blocking-generator som ger oss möjlighet att utföra experiment och köra Tesla Transformer.

Innan vi går vidare till beskrivningen av högspänningskällan som föreslås för montering, låt oss påminna dig om behovet av att iaktta allmänna säkerhetsåtgärder när du arbetar med högspänningar. Även om den här enheten producerar en extremt låg strömutgång, kan den vara farlig och kommer att orsaka en ganska obehaglig och smärtsam chock om den av misstag berörs på fel ställe. Ur säkerhetssynpunkt är detta en av de säkraste högspänningskällorna, eftersom utströmmen är jämförbar med den för konventionella elpistoler. Hög spänning vid utgångsterminaler - likström ca 10-20 kilovolt, och kopplar man in ett gnistgap kan man få en båge på 15 mm.

Högspänningskälla krets

Spänningen kan justeras genom att ändra antalet steg i multiplikatorn, om du till exempel vill att den ska tända neonljus kan du använda ett, vill du att tändstift ska fungera kan du använda två eller tre, och om du vill ha ett högre spänning du kan använda 4,5 eller mer. Färre steg betyder mindre spänning men mer ström, vilket kan göra enheten farligare. Paradoxalt nog, ju högre spänningen är, desto mindre svårt blir det att orsaka effektrelaterade skador eftersom strömmen sjunker till försumbara nivåer.

Hur det fungerar

Efter att ha tryckt på knappen slås IR-dioden på och ljusstrålen träffar optokopplarsensorn, denna sensor har ett utgångsmotstånd på cirka 50 ohm, vilket räcker för att slå på 2n2222-transistorn. Denna transistor levererar batterienergi för att driva timern 555. Pulsernas frekvens och arbetscykel kan justeras genom att ändra klassificeringen av trimkomponenterna. I detta fall kan frekvensen justeras med en potentiometer. Dessa svängningar, genom BD679-transistorn, som förstärker strömpulserna, kommer in i primärspolen. En växelspänning ökad med 1000 gånger tas bort från sekundären och likriktas med en explosiv multiplikator.

Delar för montering av kretsen

Mikrokretsen är vilken timer som helst i KR1006VI1-serien. För spolen - en transformator med ett lindningsmotståndsförhållande på 8 Ohm: 1 kOhm. Det första du bör tänka på när du väljer en transformator är storleken, eftersom mängden ström de kan hantera är proportionell mot deras storlek. Till exempel kommer storleken på ett stort mynt att ge oss mer energi än en liten transformator.

Det första du behöver göra för att spola tillbaka den är att ta bort ferritkärnan för att komma åt själva spolen. I de flesta transformatorer är de två delarna sammanlimmade, håll bara transformatorn med en tång över en tändare, se bara till att inte smälta plasten. Efter en minut ska limmet smälta och du måste bryta det i två delar av kärnan.

Tänk på att ferrit är väldigt skört och spricker ganska lätt. För att linda sekundärspolen användes 0,15 mm emaljerad koppartråd. Lindning till nästan full, så att det senare räcker för ytterligare ett lager av tjockare tråd 0,3 mm - detta kommer att vara det primära. Den ska ha flera dussin varv, cirka 100.

Varför är en optokopplare installerad här - den kommer att ge fullständig galvanisk isolering från kretsen; det kommer inte att finnas någon elektrisk kontakt med den mellan strömförsörjningsknappen, mikrokretsen och högspänningsdelen. Om en hög strömförsörjningsspänning av misstag bryter igenom är du säker.

Det är mycket enkelt att göra en optokopplare; sätt in valfri IR-LED och IR-sensor i ett värmekrympbart rör, som visas på bilden. Som en sista utväg, om du inte vill komplicera saken, ta bort alla dessa element och försörj ström genom att stänga K-E transistor 2N2222.

Notera de två omkopplarna i kretsen, detta görs eftersom varje hand måste användas för att aktivera generatorn - detta kommer att vara säkert och minskar risken för oavsiktlig aktivering. Dessutom bör du inte röra något annat än knapparna när du använder enheten.

När du monterar spänningsmultiplikatorn, se till att lämna tillräckligt med utrymme mellan elementen. Trimma alla utstickande ledningar eftersom de kan orsaka koronaurladdningar som kraftigt minskar effektiviteten.

Vi rekommenderar att alla exponerade kontakter på multiplikatorn isoleras med smältlim eller annat liknande isoleringsmaterial och sedan lindas in dem i krympslang eller elektrisk tejp. Detta kommer inte bara att minska risken för oavsiktliga stötar, utan kommer också att förbättra kretsens effektivitet genom att minska förlusterna genom luft. Dessutom, för försäkring, lade de till en bit skum mellan multiplikatorn och generatorn.

Strömförbrukningen bör vara cirka 0,5-1 ampere. Om mer betyder det att kretsen är dåligt konfigurerad.

HV-generatortestning

Två olika transformatorer testades - båda med utmärkta resultat. Den första hade en mindre ferritkärna och därför mindre induktans, arbetade vid en frekvens på 2 kHz och den andra cirka 1 kHz.

När du startar för första gången, kontrollera först NE555-generatorn för att se om den fungerar. Anslut en liten högtalare till ben 3 - du bör höra ljud från den när frekvensen ändras. Om allt blir väldigt varmt kan du öka motståndet i primärlindningen genom att linda den med en tunnare tråd. Och en liten kylfläns för transistorn rekommenderas. Och rätt inställningsfrekvens är viktig för att undvika detta problem.

Alla vet att Teslas resonanstransformator i originalet gjordes på en lampa, men med utvecklingen av elektronik blev det möjligt att avsevärt minska och förenkla dimensionerna av denna enhet, om man istället för lampa använder en konventionell bipolär transistor av typen KT819 eller annan liknande i ström och effekt. Självklart med fälteffekttransistor resultaten kommer att bli ännu bättre, men den här kretsen är designad för dem som tar sina första steg i att montera högspänningsgeneratorer. Schematiskt diagram enheten visas i figuren:

Kommunikations- och kollektorspolarna är lindade med 0,5-0,8 mm tråd. För en högspänningsspole tar vi vilken tråd som helst med en tjocklek på 0,15-0,3 mm och cirka 1000 varv. I den "heta" änden av högspänningslindningen placerar vi en sådan spiral - allt är som i en riktig Tesla. I min version tog jag ström från en 10V 1A transformator.

Naturligtvis, med en strömförsörjning på 24V och högre kommer längden på koronaurladdningen att öka avsevärt. Efter sekundärlindningen finns en likriktare och en 1000uF 25V kondensator. Transistorn för generatorn användes KT805IM. för diagrammet i arkivet.

Och nu ett foto på den färdiga designen och själva urladdningen: